[发明专利]基于Mxene的镁合金表面有机/无机复合防腐耐磨涂层及其制备方法

说明书

本发明属于防腐耐磨涂层技术领域，尤其涉及一种基于Mxene的镁合金表面有机/无机复合防腐耐磨涂层及其制备方法。复合涂层，包括如下质量组分：亲水性聚合物：3％‑30％、MXene：0.1％‑1.5％、硅烷偶联剂：0.05％‑1％、成膜助剂:0.01％‑0.4％、余量为去离子水，其中MXene为液相氢氟酸蚀刻法获得的含有羟基和氟离子的粉体，亲水聚合物为分子链侧基含有羟基和/或羧基的聚合物。本发明涂层中MXene与亲水性聚合物进行杂化，得以跟氧隔绝，克服了MXene易氧化及高导电导致的“腐蚀促进”行为，进而Mexene的防腐耐磨优势得以充分发挥，同时具备较高耐久性。

技术领域

本发明属于防腐耐磨涂层技术领域，尤其涉及一种基于Mxene的镁合金表面有机/无机复合防腐耐磨涂层及其制备方法。

背景技术

镁合金具有低密度、高导热、高强度/重量比、优良的切削加工性和良好的生物相容性等有优点，广泛应用于航空航天部件、汽车、电子、生物医药等领域。然而，因镁合金耐蚀性和耐磨性差等缺陷，严重限制了其扩大应用。因此，提高镁合金的耐腐蚀性和耐磨性具有重要意义。提高镁合金耐蚀性、耐磨性的方法有很多，如阳极氧化、等离子电解氧化处理、电化学电镀、化学镀镍、等离子喷涂和化学转化涂层等。其中化学转换涂层由于低成本和易于应用等特性而研究最为普遍。其中基于氧化石墨烯的转化涂层发展比较迅速。这归因于氧化石墨烯独特的层状结构使其具有良好的憎水性和高阻隔性，同时具有良好的耐磨性。因此，氧化石墨烯被认为是金属表面抗蚀和耐磨的理想材料。

可是，氧化石墨烯无法直接在镁表面形成具有良好附着力的涂层。这主要是因为氧化石墨烯作为无机材料在金属表面成膜性差并且氧化石墨烯缺少与镁合金表面反应的官能团。另外，据报道氧化石墨烯表面存在纳米级孔洞，这些孔洞通过毛细现象使水分子和Cl^-扩散到镁合金表面造成镁合金表面的腐蚀。为解决这些问题，研究人员多采用氧化石墨烯与有机聚合物材料杂化方式，这样不仅能改善氧化石墨烯在金属表面的成膜性，而且同时有机聚合物材料可以封堵住氧化石墨烯表面的孔洞，从而提高耐蚀性。Chu等人[Bio-inspired graphene-based coatings on Mg alloy surfaces and their integrationsof anti-corrosive/wearable performances[J].Carbon,2018:S0008622318308637-.]通过在还原氧化石墨烯(RGO)表面接枝聚乙烯醇(PVA)分子，在镁合金表面构建了一种新型的“砖砂浆结构”RGO/PVA杂化涂层，该转化涂层具有良好的耐腐蚀性和耐磨性。然而，氧化石墨烯与水、有机溶剂和聚合物的相容性能较差，容易团聚。

过渡金属碳(氮)化物(MXene)是一种新型二维纳米材料，结构与石墨烯类似，它是由三元相的MAX化合物经过选择性蚀刻和剥离制备而成。相比于石墨烯中C与C原子之间单一键合，MXene之间是共价键-离子键-金属键的混合价键，同时具有层状结构。因此，MXene具有剪切强度低、层间粘结力弱、自润滑等显著性能，并且亲水性更好，用其制备镁合金表面的转化涂层应具有更佳的耐磨性和耐蚀性。CN112552801发明专利中公开了一种不锈钢表面的水性防腐涂料，涂料配方中通过添加少量Ti₃C₂T_x(MXene)/聚苯胺显著提高了所形成涂层的阻隔防护和抗腐蚀能力。

发明内容

本发明为了解决现有镁合金耐蚀和耐磨涂层性能不足，提供一种基于MXene的镁合金表面有机/无机复合防腐耐磨涂层及其制备方法，所形成涂层具有良好的耐磨和耐蚀性。

为了实现前述发明目的，采用的技术方案如下：

基于Mxene的镁合金表面的有机/无机复合涂层，其中包括亲水性聚合物、MXene、偶联剂、成膜助剂和去离子水等成分。

进一步，所述的镁合金表面的有机/无机复合涂层包括如下质量组分：

亲水性聚合物：3％-30％